过渡金属氧化物界面新奇量子态的构筑、探测和调控

过渡金属氧化物异质界面由于化学势、电极化等序参量不连续有可能使得界面电荷、自旋、晶格振动的耦合被调制，导致不同于界面组成材料的新奇界面量子态。本项目将利用激光分子束外延方法制备具有原子级平整度和原子层数精确控制的过渡金属氧化物二维单晶界面结构，结合化学气相沉积和激光沉积方法制备准一维单晶界面结构。结合原子分辨的扫描隧道显微镜表征和系综平均的谱学、磁性、以及输运测量，深入理解电荷、自旋、和晶格振动在界面处的相互作用，探索界面结构中的新奇量子态。系统研究维度、尺寸、应力、氧缺陷、极性层厚度、掺杂、外电场、以及STM施加的局域电场对界面量子态的调制作用。基于过渡金属氧化物界面的新型量子态的构筑、探测和调控对于拓展凝聚态物理的新体系、新物相以及发展基于氧化物的量子器件具有重要意义。

过渡金属氧化物界面上，由于化学势、电极化等在界面不连续而使得界面多自由度的耦合被调制，从而有可能导致新奇的界面量子效应。我们在过渡金属氧化物界面研究方面取得如下成果：1）利用光伏效应发现LaAlO3/SrTiO3异质结中的原胞尺度LaAlO3层具有强电场，进一步澄清了LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气的产生机制，也为实现原子尺度光伏器件提供了新思路。2）发现锰氧化物超晶格(LaMnO3)N/(SrTiO3)N中氧八面体的旋转能有效调控体系铁磁性。3）揭示了La0.33Pr0.34Ca0.33MnO3/MgO 单晶芯壳结构纳米线电子相分离的存在。此外，我们在石墨烯低温生长和层数控制、一维电荷密度波拓扑孤子激发、三维金属纳米结构的等离激元特性、拓扑绝缘体薄膜输运性质等方面也取得重要进展。在此项目执行期间，共发表SCI论文13篇，包括PRL和ACS Nano各1篇，Sci. Rep. 2篇，有篇论文刚被Adv. Mater.接收，并申请了5项专利，；一些重要结果也正在整理成文。